CN106133274A - 用于控制长壁采煤机的行进速度的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于相对于开采环境(102)沿着可开采距离移除材料的采煤机系统(100)包括轨道组件(114)用以支撑其上的采煤机滑架(104)的移动。系统(100)进一步包括牵引马达(112)，该牵引马达构造和布置成使采煤机滑架(104)沿着轨道组件(114)移动。系统(100)具有可旋转驱动的切割机(106)，该可旋转驱动的切割机可以相对于采煤机滑架(104)定位。系统(100)进一步包括由采煤机滑架(104)支撑的致动器(108)，该致动器用于改变切割机(106)的切割高度。系统(100)进一步包括控制器(120)，该控制器可以基于切割机(106)的平移速度、采煤机滑架(104)的最大速度、当前的切割机高度和所期望的切割机高度来控制采煤机滑架(104)的速度。可选地，控制器(120)可以进一步基于采煤机滑架(104)的预定停止距离来控制采煤机滑架(104)的速度。

Description

用于控制长壁采煤机的行进速度的系统

技术领域

本发明涉及一种矿用采煤机系统，具体涉及一种用于控制矿用采煤机系统的行进速度的系统。

背景技术

诸如长壁采煤机之类的矿用采煤机系统通常用于地下开采应用。长壁采煤机配置成进行采煤工作面或其它矿藏的长壁开采。在长壁采煤机的操作期间，长壁采煤机的行进速度和/或采煤机滚筒的铰接通常由操作者进行控制。操作者可人工追踪采煤工作面的剖面，随后，其可命令长壁采煤机的采煤机滑架以所需的行进速度行进。例如，操作者可在长壁采煤机的ECM(电子控制模块)中设置目标行进速度。同样地，在人工追踪到采煤工作面的剖面后，操作者可命令长壁采煤机的一个或多个采煤机滚筒进入所需位置。例如，操作者可为ECM提供目标位置输入，以便于采煤机滚筒遵循所追踪到的剖面，使得采煤机滚筒进行最佳和/或最大的采煤作业。

过去已经开发出了一些用于与长壁采煤机一起执行和/或使长壁采煤机的操作自动化的系统。PCT公开WO 02/064,948涉及一种用于根据在滚轮架臂上直接测得的负载来控制滚筒式采煤机的前进滚轮高度和切割滚轮高度的方法和装置。然而，此类先前已知的系统不会基于与可针对向前的采煤工作面预测的最佳和/或最大采煤作业之间的偏差而改变长壁采煤机的行进速度。因此，此类先前已知的系统与长壁采煤机一起执行可能不会将长壁采煤机配置成紧密地追踪或遵循采煤工作面的剖面。因此，结合长壁采煤机使用此类已知系统可能会影响开采生产力。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于相对于开采环境沿着可开采距离移除材料的采煤机系统。系统包括轨道组件用以支撑其上的采煤机滑架的移动。系统进一步包括构造和布置成使采煤机滑架沿着轨道组件移动的牵引马达。系统具有可旋转驱动的切割机，其可相对于采煤机滑架进行定位。系统进一步包括由采煤机滑架支撑的致动器，该致动器用于改变切割机的切割高度。系统进一步包括控制器，该控制器可基于切割机的平移速度、采煤机滑架的最大速度、当前切割机高度和所需切割机高度来控制采煤机滑架的速度。

另一方面，本发明提供了一种用于相对于开采环境沿着可开采距离移除材料的采煤机系统。系统包括轨道组件用以支撑其上的采煤机滑架的移动。系统进一步包括构造和布置成使采煤机滑架沿着轨道组件移动的牵引马达。系统具有可旋转驱动的切割机，切割机可以相对于采煤机滑架进行定位。系统进一步包括由采煤机滑架支撑的致动器，该致动器用于改变切割机的切割高度。系统进一步包括控制器，该控制器可基于切割机的平移速度、采煤机滑架的最大速度、当前切割机高度和所需切割机高度来控制采煤机滑架的速度。可选地，控制器可进一步基于采煤机滑架的预定停止距离来控制采煤机滑架的速度。

另一方面，本发明提供一种控制采煤机系统的采煤机滑架的方法，所述采煤机系统具有与采煤机滑架可驱动地接合的牵引马达以及用于沿着采煤工作面移除材料的与采煤机滑架相关联的至少一个可旋转驱动的切割机。方法包括确定切割机的平移速度、采煤机滑架的最大速度、切割机的当前高度和所需高度以及采煤机滑架所需的停止距离。方法包括基于切割机的平移速度、采煤机滑架的最大速度、当前切割机高度和切割机的所需高度来控制采煤机滑架的速度。可选地，方法包括进一步基于采煤机滑架的预定停止距离来控制采煤机滑架的速度。

通过以下的说明和附图，本发明的其它特征和方面将清晰可见。

附图说明

图1是示出了采用用于从示例性采煤工作面采煤的切割机的示例性采煤机系统的示意图；

图2是示出了根据本发明的实施例的示例性采煤机系统所采用的控制器的示意图；

图3是示出了其中采煤工作面在接近位置处的宽度会减小的情况的示意图；

图4是示出了其中采煤工作面在接近位置处的宽度会增大的情况的示意图；

图5是示出了预测误差与采煤机系统的行进速度之间的关系的图；

图6是示出了由采煤机系统在采煤和滚筒升高操作期间的臂速度和行进速度引起的切割机的瞬时位移的示例性矢量图；

图7是示出了由采煤机系统在采煤和滚筒降低操作期间的臂速度和行进速度引起的切割机的瞬时位移的示例性矢量图；

图8是示出了在执行和不执行本系统的情况下由臂速度和行进速度引起的切割机的瞬时位移的示例性矢量图；

图9是示出了根据本发明的示例性实施例的控制器的运行步骤的流程图；以及

图10是控制图1的示例性采煤机系统的采煤机滑架的方法。

具体实施方式

本发明涉及一种用于控制矿用采煤机系统的行进速度的系统。在任何可能的情况下，将在所有附图中使用相同的参考标号来指示相同或类似的部件。图1示出了用于相对于开采环境102沿着可开采距离移除材料的示例性矿用采煤机系统100的示意图。在本文中公开的开采环境102可为示例性采煤工作面。因此，如图1所示，矿用采煤机系统100具体实施为长壁采煤机。

为了更加简单和方便地涉指本发明的部件，矿用采煤机系统将在下文中称为长壁采煤机，而且将使用相同的参考标号100进行标识。进一步地，虽然本发明结合长壁采煤机100进行描述，但是应注意的是，矿用采煤机系统可由本领域所公知的用于进行采煤作业的其它机械来具体实施。

同样地，开采环境将在下文中称为采煤工作面，而且将使用这个相同的参考标号102进行标识。进一步地，虽然本发明结合煤和/或采煤工作面102进行描述，但是在本文中公开的煤和/或采煤工作面102本质上仅仅是示例性的，且并不限制本发明。长壁采煤机100能够可选地配置成进行其它矿藏的开采作业，例如，但不限于：铝土矿、硫化物矿物、氧化物矿物、卤化物矿物、碳酸盐矿物、硫酸盐矿物、磷酸盐矿物或通常在地表下发现的其它矿藏。因此，本领域的普通技术人员将理解，在本文中公开的系统、结构和方法同样适用于结合独立于通过使用其开采出来的矿藏或矿物质的其它类型长壁采煤机一起执行和使用。

参照图1，长壁采煤机100包括轨道组件114，其用于支撑其上的采煤机滑架104的移动。系统进一步包括构造和布置成使采煤机滑架104沿着轨道组件114移动的牵引马达112。虽然将结合牵引马达112对本发明进行说明，但是应注意的是，在本文中公开的系统和方法可同样应用于与长壁采煤机100相关联的其它类型的推进布置。可选地，可预想的是，不管是在未来还是在当下，还可在不偏离本发明的精神的情况下对在本文中公开的系统和/或方法进行修改，以与其它结构的长壁采煤机一起适当地执行。因此，本文中的各种实施例都是说明性或解释性的，并有助于读者更好地理解本发明。因此，本发明不应理解为限制本文的特定实施例，但是其可扩展来包括其它可能的结构、变型和/或对其的修改。

长壁采煤机100包括设置在其中的至少一个可旋转驱动的切割机106。切割机106可枢转地安装在采煤机滑架104上(两个切割机106a和106b示出为与图1中的长壁采煤机100的采煤机滑架104相关联)。切割机106可相对于采煤机滑架104进行定位，以与采煤工作面102介接，并由此进行采煤作业。

长壁采煤机100进一步包括由采煤机滑架104支撑的致动器108，其用于改变切割机106的切割高度。致动器108配置成将切割机106可枢转地连接至采煤机滑架104。在图1的特定实施例中，两个切割机106a、106b示出为通过两个单独致动器108a、108b(即，一个致动器108与各切割机106相关联)可枢转地连接至采煤机滑架104。每一个致动器108都可包括设置在其中的至少一个液压缸110，液压缸110可在完全延伸状态与完全缩回状态之间进行操作。当处于完全延伸状态中时，液压缸110可致使相关联的切割机106a或106b相对于采煤机滑架104处于最高位置处。当处于完全缩回状态中时，液压缸110可致使相关联的切割机106a或106b相对于采煤机滑架104处于最低位置处。

为了执行致动器108a、108b中的运动，长壁采煤机100可包括相关联的系统硬件(未示出)，例如，但不限于：泵、压缩机、电动机和/或通常公知用以实现液压缸108的致动的其它部件。此外，虽然致动器108a、108b在本文中公开为一种液压类型，但是在本发明的其它实施方式中，致动器108a、108b可由电动机、齿轮和其它机械联动装置形成，以执行臂的升高和降低。另外，长壁采煤机100还可包括传动器和/或其它传动部件，以执行液压缸108的运动。因此，在长壁采煤机100的操作期间，致动器108a、108b可操作来使切割机106a、106b分别绕着采煤机滑架104进行枢转，并允许切割机106a、106b实现采煤工作面102的切割。

继续参照图1，长壁采煤机100进一步包括用于控制采煤机滑架104的行进速度(由方向箭头A表示)的控制器120。将在下文中同时参照图2至图7对控制器120的操作进行解释说明。

参照图2，在一种操作模式中，控制器120可基于切割机106的平移速度(即，切割机106可升高或降低的速度，以下称为“臂速度”)、采煤机滑架104的最大速度、切割机106的当前高度和切割机106的所需高度来控制采煤机滑架104的速度。控制器120预设置有采煤工作面102的剖面图。剖面图可为人工记录的剖面或从地质图引入的剖面。因此，切割机106的所需高度基于采煤工作面102的剖面图进行预定，且控制器120可利用该剖面图来确定切割机106的所需高度。长壁采煤机100可包括可通信地连接至控制器120的一个或多个传感器128。传感器128可为，但不限于测斜器或电位器，并可配置成用于测量切割机106的当前高度。控制器120可基于切割机106的当前高度与从剖面图获得的所需高度之间的差值至少预测采煤机滑架104的预定停止距离的误差。在本文中公开的预定停止距离为采煤机滑架104达到最小慢行速度所需的距离，或可选地，停止作业所需的距离。停止距离可取决于长壁采煤机100的当前行进速度以及存在于轨道组件114和/或地下表面116的转角中的可影响长壁采煤机100的行进速度的梯度或斜坡进行变化。此外，在一个实施例中，采煤机滑架104的停止距离可通过牵引马达112处的减速率进行确定。控制器120可基于牵引马达112的响应特性来计算牵引马达112处所需的减速率。牵引马达112的响应特性可表示速度，牵引马达112可通过所述速度从其当前转速达到目标或所需转速。

在另一实施例中，控制器120可基于致动器108a、108b的响应特性来确定该减速率。致动器108的响应特性可表示速度，致动器108可通过所述速度执行运动，使得相关联的切割机106a或106b从其当前高度铰接至用于操作的目标或所需高度。

通常，牵引马达112和/或致动器108的响应特性可能是牵引马达112和/或致动器108的结构所固有的，因此，其可预先得知。例如，可从牵引马达112的速度-扭矩曲线获得牵引马达112的响应特性。同样地，例如，可从致动器108的功率重量比获得致动器108的响应特性。在实施例中，牵引马达112和致动器108的响应特性从长壁采煤机100的真实实地测试中获得。然而，响应特性可替代性地导出为从各种理论模型、统计模型、模拟模型或其组合中获得的测试数据。

如先前在本文中公开的，控制器120可基于切割机106的当前高度与从剖面图获得的所需高度之间的差值至少预测采煤机滑架104的预定停止距离的误差。因此，在本文中公开的误差可认为是切割机106与可在其上进行最佳和/或最大采煤作业的位置之间的偏差。

例如，如图3所示，如果采煤工作面102在接近位置上的宽度W1减小，且切割机106a的当前高度高于采煤工作面102的收敛缝124，那么控制器120预测，误差量值将会较高。即，控制器120预测，如果在对向前的采煤工作面102采煤的同时继续采用切割机106a的当前高度，那么切割机106a的当前位置与切割机106a可实现最佳和/或最大采煤作业的位置之间的偏差将会较大。

在图4所示的另一实例中，如果采煤工作面102在接近位置上的宽度W2增加，且切割机106a的当前高度低于采煤工作面102的发散缝126，那么控制器120预测，误差量值将会较高。即，控制器120预测，如果在对向前的采煤工作面102采煤的同时继续采用切割机106a的当前高度，那么切割机106a的当前位置与切割机106a可实现最佳和/或最大采煤作业的位置之间的偏差将会较大。

参照上述实例，控制器120可定期或连续地从与致动器108相关联的传感器128(参见图2)的接收输入。在本文中公开的传感器128可提供相应切割机106a、106b的铰接角度和/或位置。随后，控制器120可将切割机106a、106b中的一个或两个的当前位置(其从相关联的传感器128获得)与从采煤工作面102的剖面图获得的数据进行对比。

图6示出了由臂速度(即，致动器108升高切割机106的速度)和采煤机滑架104的行进速度引起的切割机106的瞬时位移的示例性矢量图。采煤机滑架104和切割机106的瞬时移动导致了虚线所描绘的曲线斜度。同样地，图7示出了由臂速度(即，致动器108降低切割机106的速度)和采煤机滑架104的行进速度引起的切割机106的瞬时位移的示例性矢量图。图8示出了在执行和不执行本文公开的控制器120的情况下由切割机106在升高期间的臂速度和采煤机滑架104的行进速度引起的切割机106的瞬时位移的示例性矢量图。

参照图6到图7，如果ΔX为由长壁采煤机100的行进速度引起的瞬时位移，且如果ΔY为由臂速度引起的瞬时位移，那么虚线可认为是切割机106在给定行进速度和给定臂速度下遵循的所得曲线斜度。此外，如图6到图7中所示，由于致动器108在升高和降低切割机106时的不同响应特性，切割机106在被升高和降低时所追踪的曲线斜度是不同的。然而，应注意的是，图6和图7的表示本质上仅仅是示例性的，且不限制本发明。切割机106在被升高和降低时的所得曲线斜度可取决于各种因素而改变，所述因素例如为(但不限于)：牵引马达112和致动器108的配置、操作规格和/或响应特性。

参照图8，矢量AC表示由长壁采煤机100的行进速度引起的最大瞬时位移，而矢量CD表示由与致动器108相关联的臂速度引起的最大瞬时位移。如果向前的采煤工作面102处最佳和/或最大采煤作业所需或所要求的曲线斜度为AE，且基于当前壁位置，那么误差可由矢量CE给出。然而，在使用本控制器120的情况下，如果由行进速度引起的瞬时位移ΔX从AC降至AB，那么曲线斜度将为AF，其与AE具有相同的曲线梯度。在这点上，如图7中所示，由臂速度引起的瞬时位移ΔY可为BF，即，等于矢量CD。因此，在将瞬时位移ΔX从AC降低至AB后，切割机106可追踪与AE具有相同梯度的曲线斜度AF，使得长壁采煤机100配置成在向前的采煤工作面102处执行最佳和/或最大量的采煤作业。

本文中结合控制器120公开的所需行进速度极限可如下表示：

所需行进速度极限＝[[V.Cos(θ)]x最大滑架速度]/误差……等式1；

其中，V为切割机的切向速度；

θ为从切割机高度推断出的当前臂角度；

最大滑架速度为操作者在用户界面输入的采煤机滑架的最大速度或由牵引马达的操作特性界定的采煤机滑架的最大速度；以及

误差为当前切割机高度与所需切割机高度之间的差值。

在实施例中，控制器120基于预测误差量值来调制牵引马达112的转速的变化率。为了容易地参照本发明以及清晰地理解本发明，牵引马达112的转速的变化率将在下文中描述为牵引马达112的加速率或减速率。除非另有明确指示，否则在本文中公开的术语“加速”和“减速”将根据本申请的上下文表示其通常的含义，即，加速将指牵引马达112的转速的增加，而减速将指牵引马达112的转速的降低。

在一个实施例中，控制器120可配置成基于误差量值中的预测增加来降低牵引马达112的转速。因此，参照结合图3和图4示出的实例，如果预测误差较高，那么控制器120可建议牵引马达112以控制器120确定的指定减速率进行减速。控制器120可通过将合适的命令信号发送给牵引马达112而在牵引马达112处执行此减速。在长壁采煤机100的操作期间，采煤机滑架104的最大速度极限由操作者经由界面(未示出)向控制器120指定。如果岩石硬度和其它操作特性有利，那么操作者可经由界面指定采煤机滑架104的最大速度。然而，如本文早先所公开的，如果预测误差较高，那么牵引马达112可经受由控制器120建议的减速。此外，可以在由控制器120向牵引马达112确定和指定的减速率下引起减速。

参照图3和图4的实例，并继续参照图2，如果向前的采煤工作面102的预测误差较高，那么控制器120可导致牵引马达112的转速的降低。这样做时，控制器120可另外确定牵引马达112的转速所需的减速率，且在降低牵引马达112的转速时致使在牵引马达112处施加此减速率。因此，控制器120确定的减速率可允许采煤机滑架104减慢至目标行进速度，且同时在到达向前的位置之前调适其切割机106。因此，长壁采煤机100在对向前的采煤工作面102进行采煤时可招致其切割机106的高度上的极小误差或不招致误差，即，长壁采煤机100能够在直至对应于预定停止距离的距离上“预见”切割机106的高度上的误差。可以设想，通过改变牵引马达112处的减速率的灵活性，长壁采煤机100可以能够在到达采煤工作面102的向前的位置之前将切割机106调适到所需的高度。

回到图2且参照图5，在另一实施例中，控制器120可配置有最大误差极限E_max。本文公开的最大误差极限E_max可基于以下各项中的一项或多项：长壁采煤机100的操作规格、采煤工作面102的尺寸规格，和/或长壁采煤机100的采煤机几何形状。长壁采煤机100的操作规格可包括(例如)前向和后向切割机滚筒的采煤体积中的重叠程度、切割机滚筒的直径、切割机106上的切割齿的当前状态、机器配置等。此外，采煤工作面102的尺寸规格可包括煤层124、126的几何性质(即，收敛、发散，或线性)，和/或采煤工作面102的宽度W1、W2。然而，采煤工作面102的尺寸规格可以可选地包括在长壁采煤机100的单次回合中需要进行采煤的采煤工作面102的深度(参看图3和图4)。此外，本文公开的采煤机几何形状可表示通过切割机滚筒的全部移动范围展现出的空间体积。

本文公开的最大误差极限E_max可为在对给定采煤工作面102操作长壁采煤机100之前预设置到控制器120中的大体上较大的误差值。如果控制器120针对向前的采煤工作面102所预测的误差大于最大误差极限E_max，那么控制器120可根据操作模式而命令将采煤机滑架104的速度降低至最小慢行速度，或可完全使长壁采煤机100停止。

举例来说，向前的采煤工作面102具有50毫米(mm)或更小的预测误差会是可接受的。然而，在向前的采煤工作面102处具有多于150毫米的误差会是不可接受的，即，150毫米可为控制器120中配置的最大误差极限E_max。因此，在操作期间，如果针对向前的采煤工作面102所预测的误差小于50毫米，那么控制器120可不命令降低牵引马达112的转速。

可选地，在本发明的一个示例性实施例中，如果预测误差小于50mm，那么控制器120可替代地向所述命令配置牵引马达112的转速的增加，且由此实现长壁采煤机100的行进速度的增加。如此，控制器120可确定采煤机滑架104的目标速度，且可确定可达到所述目标速度所使用的加速率。通过此实施例的实施，控制器120可允许长壁采煤机100在执行最佳和/或最大的采煤作业的同时维持最大的开采生产力。

然而，如果针对向前的采煤工作面102预测的误差在50mm至150mm之间，那么控制器120可基于误差量值的预测增长(即大于50mm的误差增长)来命令降低牵引马达112的转速。例如，如图5所示，如果控制器120为比例控制器，那么控制器120中的增益与误差成比例，因此，控制器120可以成比例的方式降低牵引马达112处的速度。在图5中示出了预测误差与由采煤机滑架104的行进速度引起的瞬时位移ΔX之间的示例性关系。如果预测误差较高，那么保持较低的行进速度。此外，在实现目标行进速度时，控制器120还可设置较高的减速率。替代地，如果预测误差较低，那么可保持较高的行进速度。此外，控制器120可设置较高的加速率，以快速达到较高的行进速度。

然而，如本文中所公开的，如果控制器120针对向前的采煤工作面102预测的误差大于最大误差极限E_max，那么控制器120可根据操作模式来命令将行进速度降低至最小慢行速度或甚至停止长壁采煤机100的作业。因此，参照上述实例，如果针对向前的采煤工作面102预测的误差大于150mm，那么控制器120可将行进速度降低至最小慢行速度，或可完全停止长壁采煤机100的作业。

应注意的是，在本文中公开的数值50mm和150mm本质上仅仅是示例性的，并不限制本发明。这些值可根据应用的特定要求进行改变。

虽然在图5中示出了比例控制器的函数关系，且结合比例控制器描述了误差与行进速度之间的反比例关系，但是可选地使用本领域所公知的其它类型的控制器是可预想的。本领域所公知的控制器的一些实例可包括，但不限于：比例-积分控制器(PI控制器)、比例-微分控制器(PD控制器)和比例-积分-微分控制器(PID控制器)。其它类型的控制器取决于应用的特定要求。

为了更清晰地理解本发明，对上述发明内容进行了综述，并在图9中示例性地示出了控制器120的功能。然而，应注意的是，图9所示的流程图仅仅是说明性的，目的在于更清晰地理解本发明，因此其决不应理解为是对本发明的限制。在不偏离本发明权利要求书的范围的情况下，还可提供其它替代方案，其中一个或多个步骤添加至图9的示例性流程图，一个或多个步骤被移除或一个或多个步骤以不同的顺序提供。

参照本发明的各种实施例，本领域普通技术人员将理解，控制器120可以ECM(电子控制模块)程序包的形式来易于具体实施，并可容易地实施来与长壁采煤机100结合使用。ECM可包括各种相关联的系统硬件和/或软件部件，例如，诸如，输入/输出(I/O)装置、模拟-数字(A/D)转换器、处理器、微处理器、芯片集、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和二级存储装置(例如，但不限于：磁盘、软盘、光盘或通用串行总线(USB))，但不局限于此。此类相关联的系统硬件可配置有各种逻辑门和/或合适的程序、算法、例程和协议，以执行本发明所公开的控制器120的功能。因此，在不偏离本发明的精神的情况下，本控制器120中可存在各种实施例、修改和/或变型，以执行上述功能。

工业实用性

图10示出了控制采煤机系统100的采煤机滑架104的方法1000。在步骤1002处，方法1000包括确定切割机106的平移速度、采煤机滑架104的最大速度、当前切割机高度、所需切割机高度和采煤机滑架104的停止距离。在实施例中，方法1000包括根据采煤工作面102的剖面图确定切割机106的所需高度。方法1000包括基于当前切割机高度与从剖面图获得的切割机106的所需高度之间的差值来预测误差。如先前所公开的，控制器120通过将切割机106的当前位置与来自剖面图的关于采煤工作面102的数据进行对比来预测误差量值。

在步骤1004处，在一个实施例中，方法1000包括基于切割机106的平移速度、采煤机滑架104的最大速度、当前切割机高度和切割机106的所需高度来控制采煤机滑架104的速度。然而，在步骤1006处示出的另一实施例中，除了基于切割机106的平移速度、采煤机滑架104的最大速度、当前切割机高度和所需切割机高度来控制速度以外，方法1000还包括进一步基于采煤机滑架104的预定停止距离来控制采煤机滑架104的速度。在示例性实施例中，方法1000包括基于误差量值的预测增长来降低牵引马达112的转速。此外，方法1000还包括基于牵引马达112的响应特性来确定牵引马达112处所需的减速率。如先前所公开的，控制器120可基于误差量值的预测增长降低牵引马达112的转速，且这样做时，控制器120可在降低牵引马达112的转速的同时使用所确定的减速率。

在另一实施例中，方法1000包括在预测误差小于最大误差极限E_max的情况下增加牵引马达112的转速，最大误差极限基于长壁采煤机100的操作规范、采煤工作面102的尺寸规格和采煤机几何形状。如先前所公开的，如果发现预测误差小于最大误差极限E_max，那么控制器120可增加牵引马达112的转速。因此，如果控制器120确定预测误差小于最大误差极限E_max，那么控制器120可命令增加牵引马达112的转速(如图5所示)。进一步地，在这种情况下，控制器120可以可选地确定加速率，并使用该确定的加速率来增加牵引马达112的转速。

参照本发明的各种实施例，方法1000可进一步包括至少部分地基于牵引马达112和/或致动器108的响应特性来确定牵引马达112处所需的转速的变化率(加速率或减速率)。通过利用在本文中公开的响应特性，控制器120能够对长壁采煤机100作出系统限制，如果存在着任何限制的话，并就此类系统限制执行牵引马达112的速度调制。

虽然一些先前已知的系统被开发来实现长壁采煤机的自动化操作，但是此类系统基于采煤作业中预测到的偏差和关于向前的采煤工作面的最佳/最大值的开采生产力在对长壁采煤机的行进速度进行改变方面帮助不大，或者没有丝毫帮助。因此，在某些情况下，此类系统的使用可能不会将长壁采煤机配置成在维持最大和/或最佳行进速度的同时紧密地追踪采煤工作面的剖面。

此外，长壁采煤机通常结构庞大且笨重。在某些情况下，长壁采煤机的重量可达，例如，70吨、80吨或甚至100吨。用于牵引长壁采煤机的牵引马达在操作中需要承受负载。进一步地，由于长壁采煤机的系统惯性和切割机上的负载，牵引马达和/或切割机的致动器可能无法以较高的速度进行操作。除此之外，轨道组件中的斜度(如果存在)可致使牵引马达在轨道组件上以更快的速度进行旋转。该更快的旋转可导致长壁采煤机的行进速度变得更快，并因此减少可供致动器将切割机铰接入所需位置(即，在遇到从采煤工作面的向前位置逼近的状况之前将切割机铰接入所需位置)的时间。

通过在长壁采煤机上实施本控制器120，长壁采煤机可配置成提前适应从向前的采煤工作面102逼近的状况。此外，由于控制器120配置有与在本文中公开的致动器120、牵引马达112和其它部件相关的各种参数，因此控制器120的增益不需要调整来在现场执行，进而节省了时间、成本和精力。在本文中公开的这种结构的控制器120在长壁采煤机100的操作中提供了最佳的性能。

如本文中所公开的，长壁采煤机100的“预见”能力是指长壁采煤机100在接近采煤工作面102处预见预定停止距离的误差的能力。控制器由此可基于在接近采煤工作面102处的预定停止距离的误差来限制采煤机滑架104的行进速度，使得长壁采煤机100可在遇到向前的采煤工作面102之前将切割机106铰接入目标位置。对采煤机滑架104的行进速度的此种限制使得可具有充足的时间来将切割机106铰接或定位至所需高度。因此，借助于使用本控制器120，长壁采煤机可配置成在操作中维持最大的可能行进速度的同时紧密地追踪和遵循向前的采煤工作面102的剖面。因此，在操作期间，长壁采煤机可在维持最大的开采生产力的同时实现最佳和/或最大量的采煤作业的切割。

虽然特别地示出了本发明的各方面，并参照上述实施例对其进行了描述，但是将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，通过所公开的机械、系统和方法的修改，可预想各种其它实施例。此类实施例应理解为落入基于下述权利要求及其等效物确定的本发明的范围。

Claims (21)

1.一种用于相对于开采环境沿着可开采距离移除材料的矿用采煤机系统，所述系统包括：

轨道组件，其用于支撑其上的采煤机滑架的移动，所述采煤机滑架具有至少一个可旋转驱动的切割机，所述至少一个切割机能够相对于所述采煤机滑架进行定位；

牵引马达，其与所述采煤机滑架可驱动地接合，所述牵引马达构造和布置成使所述采煤机滑架沿着所述轨道组件移动；

致动器，其由所述采煤机滑架支撑，所述致动器构造和布置成改变所述至少一个切割机的切割高度；

控制器，其配置成基于所述切割机的平移速度、所述采煤机滑架的最大速度以及所述切割机的当前高度和所需高度来控制所述采煤机滑架的速度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器配置成进一步基于预定的采煤机停止距离以及所述当前切割机高度和所述所需切割机高度来控制所述采煤机滑架的速度。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割机的所述所需高度基于所述采煤工作面的剖面图进行预定，所述剖面图预设在所述控制器中。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器配置成基于所述切割机的所述当前高度与从所述剖面图获得的所述所需高度之间的差值至少预测所述采煤机滑架的所述预定停止距离的误差。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器配置成基于所述误差量值的预测增长来降低所述牵引马达的转速。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器配置成在所述预测误差超过最大误差极限的情况下停止所述采煤机滑架，所述最大误差极限基于下列各项中的至少一项：

所述长壁采煤机的操作规范；

所述采煤工作面的尺寸规格；以及

采煤机几何形状。

7.根据权利要求7所述的系统，其中，所述致动器配置成在所述预测误差小于所述最大误差极限的情况下增加所述牵引马达的所述转速。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成至少部分地基于所述牵引马达的响应特性来确定所述牵引马达处所需的减速率。

9.一种用于相对于开采环境沿着可开采距离移除材料的矿用采煤机系统，所述系统包括：

轨道组件，其用于支撑其上的采煤机滑架的移动，所述采煤机滑架具有至少一个可旋转驱动的切割机，所述至少一个切割机能够相对于所述采煤机滑架进行定位；

牵引马达，其与所述采煤机滑架可驱动地接合，所述牵引马达构造和布置成使所述采煤机滑架沿着所述轨道组件移动；

致动器，其由所述采煤机滑架支撑，所述致动器构造和布置成改变所述至少一个切割机的切割高度；

控制器，其配置成基于以下各项中的一项来控制所述采煤机滑架的速度：

所述切割机的平移速度、所述采煤机滑架的最大速度以及所述切割机的当前高度和所需高度；以及

所述切割机的所述平移速度、所述采煤机滑架的所述最大速度、预定的采煤机停止距离以及所述切割机的所述当前高度和所述所需高度。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述切割机的所述所需高度基于所述采煤工作面的剖面图进行预定，其中所述剖面图预设在所述控制器中。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器配置成基于所述切割机的所述当前高度与从所述剖面图获得的所述所需高度之间的差值至少预测所述采煤机滑架的所述预定停止距离的误差。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器配置成基于所述误差量值的预测增长来降低所述牵引马达的所述转速。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器配置成在所述预测误差超过最大误差极限的情况下将所述采煤机滑架的行进速度降低至最小慢行速度，所述最大误差极限基于下列各项中的至少一项：

所述长壁采煤机的操作规范；

所述采煤工作面的尺寸规格；以及

采煤机几何形状。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述致动器配置成在所述预测误差小于所述最大误差极限的情况下增加所述牵引马达的所述转速。

15.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器进一步配置成至少部分地基于所述牵引马达的响应特性来确定所述牵引马达处所需的减速率。

16.一种控制矿用采煤机系统的采煤机滑架的方法，所述矿用采煤机系统具有与所述采煤机滑架可驱动地接合的牵引马达以及用于沿着采煤工作面移除材料的与所述采煤机滑架相关联的至少一个可旋转驱动的切割机，所述方法包括：

确定所述切割机的平移速度、所述采煤机滑架的最大速度、所述切割机的当前高度和所需高度以及所述采煤机滑架所需的停止距离；以及

基于以下各项中的一项控制所述采煤机滑架的速度：

所述切割机的所述平移速度、所述采煤机滑架的所述最大速度、所述当前切割机高度和所述切割机的所述所需高度；以及

所述切割机的所述平移速度、所述采煤机滑架的所述最大速度、预定的采煤机停止距离以及所述切割机的所述当前高度和所述所需高度。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括根据所述采煤工作面的剖面图确定所述切割机的所述所需高度，所述剖面图至少提供用于所述采煤机滑架的所述确定停止距离。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法包括基于所述当前切割机高度与从所述剖面图获得的所述切割机的所述所需高度之间的差值来预测误差。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括基于所述误差量值的预测增长来降低所述牵引马达的所述转速。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括在所述预测误差小于最大误差极限的情况下增加所述牵引马达的所述转速，所述最大误差极限基于以下各项中的至少一项：

所述长壁采煤机的操作规范；

所述采煤工作面的尺寸规格；以及

采煤机几何形状。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法进一步包括至少部分地基于所述牵引马达的响应特性来确定所述牵引马达处所需的减速率。